Responde Aí
Acesse com GoogleAcesse com AppleAcesse com Facebook

Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 98

Um condensador de vapor d’água resfriado a ar é operado com ar em escoamento cruzado sobre uma matriz quadrada composta por 400 tubos alinhados ( N F   =   N T   =   20 ) . O diâmetro externo dos tubos é de 20   m m e os passos longitudinal e transversal na matriz tubular são S L   =   60   m m e S T   =   30   m m , respectivamente. Vapor d’água saturado a uma pressão de 2,455   b a r entra nos tubos e pode-se considerar que uma temperatura uniforme de T s   =   390   K seja mantida na superfície externa dos tubos em função da condensação no seu interior.

(a) Se a temperatura e a velocidade da corrente de ar a montante da matriz tubular são T e n t   =   300   K e V   =   4   m / s , qual é a temperatura T s a i do ar que deixa a matriz? Como uma primeira aproximação, avalie as propriedades do ar a 300   K .

(b) Se os tubos possuírem 2   m de comprimento, qual é a taxa de transferência de calor total na matriz? Qual é a taxa de condensação do vapor em k g / s ?

(c) Avalie o efeito de dobrar o valor de N F enquanto o valor de S L é reduzido para 30   m m . Para essa configuração, explore o efeito de mudanças na velocidade do ar.

Passo 1

Nessa questão nós temos a geometria do tubo e condições de fluxo do condensador de vapor. Além da temperatura e pressão da superfície do vapor saturado. Com isso queremos encontrar a temperatura de saída do líquido de refrigeração, as taxas de calor e condensação e os efeitos da redução do passo longitudinal e da mudança de velocidade.

Passo 2

Para resolver essa questão nós vamos assumir que:

(1) Estamos em condição de estado estacionário;

(2) A radiação é desprezível;

(3) O efeito da mudança de temperatura nas propriedades do ar é desprezível;

4) Há aplicabilidade da correlação de convecção fora da faixa designada.

Temos que,

T o = T s - T S - T i exp ⁡ - h D - π D N ρ V N T S T c p

Com,

V max ⁡ = S T S T - D V = 3 0 1 0 4 m / s = 12   m / s

E,

R e D . m a x = V m a x   D v = 12 m / s × 0,0 2 m 15,89 × 10 - 6   m 2 / s = 15104

Passo 3

Usando a correlação de Zhukauskas fora da faixa designada S T S L = 0,5 , a Tabela 7.5 produz C 1   =   0,27 e m   =   0,63 . Portanto, com C 2   =   1 ,

N u D - = C 1 C 2 R e D , m a x m P r 0,36 P r P r s 1 4        

N u D - = 0,27 1   15104 0,63 0,707 0,36 0,707 0,695 1 4 = 103  

h D - = N u D - k D = 103 × 0,02 63 W m . K 0,0 2   m = 1 35   W / m 2 . K

T o = 3 90 K - 90 K exp ⁡ - 135 W m 2 . K × π × 0,0 2 m × 40 0 1,16   k g / m 3 × 4 m / s × 20 × 0,0 3 m × 1007 J / k g . K  

T o = 3 63   K

Passo 4

Com q = q ' L

q = N h D - π D Δ T l m

Onde,

Δ T l m = ( T S - T i ) - ( T s - T o )     ln ⁡ T S - T i T s - T o = 90 - 27 K ln ⁡ 90 27 = 52,3 K

Então,

q = 400 ( 135   W / m 2 . K ) π   0,02 m 2 m ( 52,3 K ) = 355 k W

E a taxa de condensação é:

m ˙ c o n d = q h f g = 3,55 × 10 5 W 2,183 × 10 6 J / k g = 0,163 k g / s

Resposta

  1. T o = 363   K
  2. q = 355 k W e m ˙ c o n d = 0,163 k g / s  
Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Uma matriz de tubos possui um arranjo alinhado com tubos de 30m m de diâmetro e 1m de comprimento, com S T=S L=60m m . Existem 10 filas de tubos na direção do escoamento ( N F=10 ) e 7 tubos por fila
Repita o Exemplo 7.7 para uma matriz tubular mais compacta na qual os passos longitudinal e transversal são S L=S T=20,5m m . Todas as demais condições permanecem idênticas.
Uma matriz tubular utiliza um arranjo alinhado com tubos de 10m m de diâmetro comS T=S L=20m m . Existem 10 filas de tubos contendo 50 tubos cada uma. Considere uma aplicação na qual água fria escoa a
Seja o feixe alinhado de tubos do Problema 7.90 ( D=10m m ,L=1meS T=S L=15m m ) , com vapor d’água em condensação usado para aquecer ar atmosférico entrando no feixe a T i=25 ° C e V=5m / s . Agora, c